CN106481792A - 用于高速动车组的齿轮箱 - Google Patents
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Abstract
一种用于高速动车组的齿轮箱，包括：箱体，箱体上安装有齿轮轴及与所述齿轮轴啮合的第一齿轮，所述齿轮轴用于与牵引电机转轴连接，所述第一齿轮用于安装在转向架车轴上，所述箱体的外侧面设有加强筋，所述加强筋沿所述转向架车轴圆周设置，所述箱体上还设有安装吊挂装置的安装座，所述箱体通过所述吊挂装置悬挂在转向架构架上。通过在所述箱体的外侧面、沿所述转向架车轴圆周设置加强筋，并在箱体上设置安装吊挂装置的安装座，以使所述箱体通过所述吊挂装置悬挂在转向架构架，从而提高齿轮箱的连接区域的强度，提高了齿轮箱的安装可靠性，能够满足高速动车组高时速(例如350公里)运营的需求，有助于降低高速动车组的检修及维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及高速动车组技术，尤其涉及一种用于高速动车组的齿轮箱。
背景技术
高速动车组由于具有运营时速高、运量大、等优点，广泛应用于长距离运输中。齿轮箱是保证高速动车组持续稳定运行的关键零部件，主要用于驱动转向架；具体地，高速动车组通过安装在转向架上的电机驱动齿轮箱，通过齿轮箱把动力传给车轴，车轴再把动力传给车轮。但是，现有技术中的齿轮箱是适用于最高时速250公里的高速动车组，对于更高时速例如时速350公里的高速动车组，现有齿轮箱的强度较差，不能满足其工况要求。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种用于高速动车组的齿轮箱，具有较高的强度，有助于降低高速动车组的检修及维护成本。
本发明是提供一种用于高速动车组的齿轮箱，包括：箱体，箱体上安装有齿轮轴及与所述齿轮轴啮合的第一齿轮，所述齿轮轴用于与牵引电机转轴连接，所述第一齿轮用于安装在转向架车轴上，所述箱体的外侧面设有加强筋，所述加强筋沿所述转向架车轴圆周设置，所述箱体上还设有安装吊挂装置的安装座，所述箱体通过所述吊挂装置悬挂在转向架构架上。
进一步地，所述箱体背离所述转向架车轴的一端设有所述安装座；所述齿轮轴通过鼓形齿式联轴器与所述牵引电机转轴连接。
进一步地，所述齿轮轴通过第一轴承组件支撑在所述箱体上，所述第一轴承组件包括：两个圆柱滚子轴承及设置在两个所述圆柱滚子轴承之间的球轴承；所述转向架车轴通过第二轴承组件支撑在所述箱体上，所述第二轴承组件包括两个圆锥滚子轴承。
进一步地，所述用于高速动车组的齿轮箱还包括温度传感器，用于测量第一轴承组件和第二轴承组件的温度。
进一步地，所述第二轴承组件采用迷宫密封结构进行密封。
进一步地，所述迷宫密封结构包括：设置在所述转向架车轴上的甩油环，所述甩油环与端盖之间设置有迷宫环槽。
进一步地，所述迷宫密封结构还包括：用于收集润滑所述第二轴承组件之后的油液的收集油腔、用于从收集从所述收集油腔泄露的油液的回油腔和用于收集并排除进入所述迷宫密封结构的水的集水腔；其中，所述回油腔中的甩油环与所述端盖之间设置有所述密封环槽。
进一步地，所述箱体包括：上箱体和下箱体，所述上箱体、下箱体的分箱面倾斜设置。
进一步地，所述下箱体上设置有油位观察窗、注油堵以及排油堵。
进一步地，所述用于高速动车组的齿轮箱还包括接地装置，用于安装在所述箱体外侧的集电环箱上，所述接地装置的碳刷与集电环接触。
本发明提供的用于高速动车组的齿轮箱，通过在所述箱体的外侧面、沿所述转向架车轴圆周设置加强筋，并在箱体上设置安装吊挂装置的安装座，以使所述箱体通过所述吊挂装置悬挂在转向架构架，从而提高齿轮箱的连接区域的强度，提高了齿轮箱的安装可靠性，能够满足高速动车组高时速(例如350公里)运营的需求，有助于降低高速动车组的检修及维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例用于高速动车组的齿轮箱的结构示意图；
图2为本发明实施例用于高速动车组的齿轮箱中迷宫密封原理示意图。
其中，
100-箱体； 110-安装座；
120-联轴器； 131-圆柱滚子轴承；
132-球轴承； 141-圆锥滚子轴承；
150-端盖； 160-甩油环；
161-收集油腔； 162-回油腔；
163-排水腔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，“上”、“下”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
图1为本发明实施例用于高速动车组的齿轮箱的结构示意图。
请参照图1，本实施例提供一种用于高速动车组的齿轮箱，包括：箱体100，箱体100上安装有齿轮轴及与齿轮轴啮合的第一齿轮，齿轮轴用于与牵引电机转轴连接，第一齿轮用于安装在转向架车轴上，箱体100的外侧面设有加强筋，加强筋沿转向架车轴圆周设置，箱体100上还设有安装吊挂装置的安装座110，箱体100通过吊挂装置悬挂在转向架构架上。
具体地，齿轮轴上的第二齿轮以及第一齿轮均采用斜齿圆柱变位齿轮；由于牵引电机高转速、高扭矩的要求，第二齿轮以及第一齿轮均需要承受较大的启动扭矩，因此，第二齿轮以及第一齿轮采用碳淬火钢18CrNiMo7-6，芯部硬度为30～45HRC(英文全称“rockwell hardness”，中文全称“洛氏硬度”)，齿面硬度为58HRC～62HRC。
第一齿轮可以与转向架车轴过盈配合。齿轮轴可以通过联轴器120与牵引电机转轴连接，联轴器120用于联接牵引电机与齿轮箱并传递扭矩；较佳地，联轴器120可以为鼓形齿式联轴器，以对牵引电机转轴、齿轮箱的齿轮轴之间的相对轴向、径向、角向位移实现补偿。
鼓形齿式联轴器包括两个半联轴器，其中一个半联轴器牵引电机转轴，另一个半联轴器联接齿轮箱的齿轮轴，两个联轴器分别与牵引电机转轴、齿轮箱的齿轮轴过盈配合，两个半联轴器之间通过剪力螺栓来联接并传递扭矩；鼓形齿式联轴器能够补偿制造和安装误差，补偿因载荷变化引起的冲击和振动、温度变化以及轴承磨损等多种因素造成的两轴线的相对位移，此外，还要对高速动车组在运行中由于线路不平顺和通过曲线、弯道时垂向、纵向和轴向位移进行补偿。
加强筋包括沿转向架车轴的轴向延伸的第一加强筋以及沿转向架车轴的径向延伸的第二加强筋，其中，第一加强筋的两端分别连接有第二加强筋，不仅提高箱体100的强度，还可以增大箱体100的散热面积。安装座110可以设置在箱体100上背离转向架车轴的一端，安装座110包括：与箱体100连接的安装底板，吊挂装置安装在安装底板上；安装底板的两侧连接有向上延伸的侧板，且两个侧板均与箱体100连接，以提高箱体100与吊挂装置连接区域的强度。
吊挂装置可以包括吊杆、螺母以及调整垫片；吊杆可以为双头螺柱结构，吊杆的两端分别通过调整垫片和螺母与转向架和安装柱固定练级，吊杆上还可以设置两个固定部，两个固定部分别对应上下两个螺母设置，固定部用于供扳手卡紧以安装或者拆卸螺母。吊杆以及螺母的材料可以选用42CrMo的锻造圆钢，该材料有良好的低温冲击性能和较高的机械强度。
较佳地，吊杆的至少一端设有用于减少振动的橡胶块组件；以吊杆与转向架连接的一端为例：橡胶块组件可以包括至少两个夹板，相邻的两个夹板之间设置有橡胶块，橡胶块组件可以套设在吊杆上。
本发明提供的用于高速动车组的齿轮箱，通过在箱体100的外侧面、沿转向架车轴圆周设置加强筋，并在箱体100上设置安装吊挂装置的安装座110，以使箱体100通过吊挂装置悬挂在转向架构架，从而提高齿轮箱的连接区域的强度，提高了齿轮箱的安装可靠性，能够满足高速动车组高时速(例如350公里)运营的需求，有助于降低高速动车组的检修及维护成本。
进一步地，箱体100包括：上箱体和下箱体，上箱体、下箱体的分箱面倾斜设置。
具体地，箱体100的材料采用高强度铸造铝合金，其合金牌号可以为EN AC-AlSi7Mg0.3(标准DIN EN 1706)，采用硬模铸造并固溶处理和充分的高温时效,按标准EN1559-1、EN 1559-4的规定铸造；箱体结构为薄壁件结构，平均厚度为1毫米，分箱面角度为35度。
箱体的三维模型在SOLIDEDGE中建立，计算分析在有限元软件ANSYS中进行，为了尽可能降低计算量与计算复杂性，在保证准确反映结构特性的前提下进行了必要的简化，略去了小孔、小倒角等小特征，在计算时，齿轮箱上、下箱体之间及箱体和轴承座之间的连接处理为刚性连接。
强度计算箱体边界条件，在箱体大轴承座孔处约束除去绕车轴旋转自由度外的其它5个自由度，箱体与吊挂装置连接面约束垂向自由度。为了分析箱体的振动特性，计算了箱体的自由模态和约束模态。约束模态边界条件：在两个大轴承座孔分别用两个参考点建立与轴承座圆面自由度关联，并约束这两个参考点除绕车轴旋转自由度以外的其它5个自由度，同时用一弹簧单元模拟吊杆连接。通过计算分析和试验，该齿轮箱箱体强度满足使用条件，箱体固有频率成功避开齿轮箱的回转频率，不会发生共振疲劳破坏现象。
箱体100的上部也即上箱体上还可以设有齿轮观察孔，以便于观察齿轮啮合情况。其中，下箱体100还可以作为润滑油箱，为便于观察齿轮箱箱体100内的油面高度，可以在下箱体100上设置有油位观察窗，油位观察窗刻有标识油位的上限线和下限线；下箱体100上还可以设置有注油堵，便于对齿轮箱内的润滑油的补给；下箱体100上还可以设置有用于排出润滑油的排油堵，排油堵具有磁性，具体可以为磁性螺堵，可以通过磁性螺堵吸附润滑油中的铁屑来检查齿轮的啮合情况。
其中，可以通过隔墙将润滑油箱隔成3个油池，各油池之间通过通孔连通，中间的油池为用于供第一齿轮浸入的甩油池，两侧的油池为回油油池，用于供回油镇静以沉淀油污，从而避免转动的第一齿轮搅动油液时将油液中的沉渣泛起。
本实施例中，通过浸入油液的第一齿轮在旋转过程中，将油液带起，利用飞溅起的油液润滑第一齿轮、第二齿轮、第一轴承组件及第二轴承组件。具体地，齿轮箱启动后，浸入右面的第一齿轮的轮齿在旋转过程中将油液甩起，甩起的油液一部分润滑啮合的第一齿轮和第二齿轮，另一部分溅落到箱体100的集油槽中，油液顺着集油槽流入开设在集油槽中的有空，并进入油腔润滑第一轴承组件及第二轴承组件。其中，第一齿轮浸入油面(上油位时)约为2个齿高(第一齿轮的全齿高可以为13.5毫米)，润滑油箱中的注油量可以为4.7升。
进一步地，齿轮轴通过第一轴承组件支撑在箱体100上，第一轴承组件包括：两个圆柱滚子轴承131及设置在两个圆柱滚子轴承131之间的球轴承132。具体地，箱体100上开设有用于安装齿轮轴的、相对设置的两个第一安装孔，第一安装孔中可以设置有用于安装第一轴承组件的第一轴承座，两个圆柱滚子轴承131分别安装在两个第一安装孔的第一轴承座中，球轴承132安装在齿轮轴背离牵引电机的一端，且球轴承132设置在两个圆柱滚子轴承131之间，圆柱滚子轴承131只承受径向力，球轴承132只承受轴向力。
转向架车轴通过第二轴承组件支撑在箱体100上，第二轴承组件包括两个圆锥滚子轴承141。具体地，箱体100上开设有两个用于安装转向架车轴的、相对设置的两个第二安装孔，第二安装孔中设置有用于安装第二轴承组件的第二轴承座，两个圆锥滚子轴承141分别安装在两个第二轴承座中，两个圆锥滚子轴承141的设置为面对面的形式，轴向游隙通过添加箱体100电机侧轴承座与箱体100之间的调整垫片来保证。其中，第一安装孔以及第二安装孔处均安装有端盖。
本实施例中，箱体100内还设置有温度传感器，用于测量第一轴承组件和第二轴承组件的温度。例如：在两个圆柱滚子轴承131以及两个圆锥滚子轴承141处分别设有PT100温度传感器。
本实施例中，动密封采用非接触式-迷宫密封，静密封采用O型圈及密封胶密封，密封材料可以采用耐低温、抗老化的橡胶材料。例如：第一轴承组件以及第二轴承组件均采用迷宫密封结构进行密封。
图2为本发明实施例用于高速动车组的齿轮箱中迷宫密封原理示意图。
请参照图2，以第二轴承组件的迷宫密封结构进行说明：迷宫密封结构包括设置在转向架车轴上的甩油环160，甩油环160与端盖150之间设置有迷宫环槽。
迷宫密封结构还包括：用于收集润滑第二轴承组件之后的油液的收集油腔161用于从收集油腔161泄露的油液的回油腔162和用于收集并排除进入迷宫密封结构的水的集水腔163；其中，回油腔162中的甩油环160与端盖150之间设置有密封环槽，以阻止回油腔162中的油液向外泄露。
其中，收集油腔161可以设置圆锥滚子轴承141与箱体100之间，收集油腔161具有供油液通向回油腔162的出口，甩油环160可以包括第一甩油环和第二甩油环，第一甩油环可以设置在油腔的出口处，第一甩油环与转向架车轴之间具有小间隙，以减少泄露至回油腔162的油量。回油腔162可以设置在箱体100与端盖150之间，回油腔162中的油液可以在回油腔162静止，并通过回油槽和回油孔返回油箱，回油腔162具有用于接收从收集油腔161泄露的油液的入口，第二甩油环可以设置在回油腔162入口处，迷宫环槽可以套设在转向架车轴上，且第二甩油环可以夹设在转向架车轴与迷宫环槽之间；迷宫环槽的部分伸入回油腔162中。集水腔163与箱体100外空间连通，以排除飞溅进入的水，防止水通过回油腔162进入齿轮箱内部，污染润滑油。
第一轴承组件的迷宫密封结构与第二轴承组件的迷宫密封结构相同或者相似，此处不再赘述。
密封结构还可以包括挡油环、防尘(防水)环等，密封结构中的静环材料选用球墨铸铁，动环采用锻钢42CrMo材料，保证在高速旋转状态下有足够的强度，动环与轴采用过盈配合连接方式。动环静环之间的间隙控制在0.5～0.7mm，这样既能保证密封性能，又能防止它们接触损坏密封结构。
进一步地，用于高速动车组的齿轮箱还包括接地装置，用于安装在箱体100外侧的集电环箱上，接地装置的碳刷与集电环接触。其中，接地装置的作用是将转向架车轴上的漏电电流收集起来并接地，保护轴承和齿轮，防止其发生电蚀；接地装置的结构可以与现有动车齿轮箱的接地装置相同或者相似，此处不再赘述。
下面以将上述齿轮箱应用于时速为350公里的高速动车组为例，对齿轮箱的相关参数进行说明：齿轮箱能够实现持续输入功率650kw、电机最大加速扭矩3000Nm、中心距382mm的动力传输，满足时速350公里的动车组动车转向架对齿轮箱的接口要求，保证了整个动车转向架传动部分的安全可靠。具体的齿轮箱技术接口设置如表1所示：
表1齿轮箱主要技术性能参数
齿轮参数可以如表2所示：
表2齿轮主要技术参数
第一轴承组件和第二轴承组件可以采用斯凯孚SKF和/或艾孚瑞机械传动设备有限公司FAG制造的轴承，具体地，选用SKF轴承的参数如表3所示，选用FAG轴承的参数如表4所示：
表3SKF轴承参数
表4FAG轴承信息
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，包括：箱体，箱体上安装有齿轮轴及与所述齿轮轴啮合的第一齿轮，所述齿轮轴用于与牵引电机转轴连接，所述第一齿轮用于安装在转向架车轴上，所述箱体的外侧面设有加强筋，所述加强筋沿所述转向架车轴圆周设置，所述箱体上还设有安装吊挂装置的安装座，所述箱体通过所述吊挂装置悬挂在转向架构架上。
2.根据权利要求1所述的用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，所述箱体背离所述转向架车轴的一端设有所述安装座；所述齿轮轴通过鼓形齿式联轴器与所述牵引电机转轴连接。
3.根据权利要求1所述的用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮轴通过第一轴承组件支撑在所述箱体上，所述第一轴承组件包括：两个圆柱滚子轴承及设置在两个所述圆柱滚子轴承之间的球轴承；
所述转向架车轴通过第二轴承组件支撑在所述箱体上，所述第二轴承组件包括两个圆锥滚子轴承。
4.根据权利要求3所述的用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，还包括温度传感器，用于测量第一轴承组件和第二轴承组件的温度。
5.根据权利要求3所述的用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，所述第二轴承组件采用迷宫密封结构进行密封。
6.根据权利要求5所述的用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，所述迷宫密封结构包括：设置在所述转向架车轴上的甩油环，所述甩油环与端盖之间设置有迷宫环槽。
7.根据权利要求6所述的用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，所述迷宫密封结构还包括：用于收集润滑所述第二轴承组件之后的油液的收集油腔、用于从收集从所述收集油腔泄露的油液的回油腔和用于收集并排除进入所述迷宫密封结构的水的集水腔；其中，所述回油腔中的甩油环与所述端盖之间设置有所述密封环槽。
8.根据权利要求1所述的用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，所述箱体包括：上箱体和下箱体，所述上箱体、下箱体的分箱面倾斜设置。
9.根据权利要求8所述的用于高速动车组的齿轮箱，其特征在于，所述下箱体上设置有油位观察窗、注油堵以及排油堵。
10.根据权利要求1所述的用于高速动车组的齿轮箱，还包括接地装置，用于安装在所述箱体外侧的集电环箱上，所述接地装置的碳刷与集电环接触。
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